Signifikante Zeitersparnis dank eines High-End-Prüfsystems
Ein fortschrittliches Photogrammetrie-Inspektionssystem ermöglicht im Automobilbereich die schnelle Bestimmung der Maßgenauigkeit von Vorrichtungen und Teileträgern und unterstützt beim Scanning mit einem handgehaltenen Scanner
Fast dimensional accuracy with advanced photogrammetry
An advanced photogrammetry inspection system allows for fast dimensional accuracy determinations for automotive fixtures and part carriers, as well as supporting handheld scanning performance.
High-End-Photogrammetrie für die Fertigung und die eMobility-Produktion
Das Volkswagenwerk Zwickau blickt auf eine über hundertjährige Geschichte im Automobilbau zurück. Im Jahr 1904 bzw. 1909 als Horch- und Audi-Werk gegründet, siedelte sich 1990 Volkswagen an diesem Standort an. Anfangs produzierte Volkswagen Verbrennerfahrzeuge, begann aber 2018 mit der Umstellung auf die Produktion von Elektroautos, die Ende 2019 mit dem VW ID.3 startete.
Noch immer sind im Fahrzeugwerk Zwickau die klassischen Fertigungsbereiche Karosseriebau, Lackiererei und Fahrzeugendmontage angesiedelt, allerdings werden seit 2020 hier nur noch Elektroautos gefertigt. Die rund 10.700 Beschäftigten an diesem Volkswagenstandort produzieren nun vollelektrische Fahrzeuge wie den VW ID.3, ID.4 und ID.5, den Audi Q4 e-tron oder den Seat Cupra Born sowie die Karosserien für den Lamborghini Urus und den Bentley Bentayga.
Der Umbau des Werkes zum Mehrmarkenstandort der E-Mobilität und die Erweiterung der Modellvielfalt erfordern auch effizientere Arbeitsabläufe in der Abteilung von Messtechniker Marc Gündel.
Figure 1. When measuring the fixtures, the spatial conditions are often cramped. As a handheld camera, the DPA Industrial offers 100% freedom of movement.
„Entgegen der gängigen Meinung, ist es etwas aufwändiger geworden“, erklärt Marc Gündel. „Durch die Reduzierung der Fertigungstiefe in der Fabrik werden heute wesentlich komplexere Baugruppen zugeliefert, was aber zu einem massiv erhöhten Betreuungsaufwand führt. Um dem Mehraufwand Herr zu werden, brauchen wir die richtigen Messsysteme.“
Im Jahr 2022 erwarb VW Zwickau das Photogrammetriesystem DPA Industrial von Hexagon. Diese Messsysteme sind mit nur einer einzigen tragbaren Kameraeinheit ausgestattet und gehören damit zu den portabelsten Systemen der Welt. Die DPA Industrial mit ihrem 50,6 Megapixel-Industriesensor gehört zu den High-End-Modellen aus der DPA-Serie. Die Kameraeinheit C1 ist in ein robustes Gehäuse mit Schutzklasse IP51 integriert und eignet sich damit insbesondere für dein Einsatz direkt in der Fertigungsumgebung oder im Außenbereich. Zusammen mit der Softwareplattform DPA Pilot garantiert das System einen vollständigen hochproduktiven Workflow, von der Signalisierung und Aufnahme bis zur Berechnung und Berichterstellung, mit nur minimalem Schulungsaufwand.
Schnelle und reibungslose Überprüfung
„Wir nutzen die DPA Industrial als ein Prüfsystem für unsere Vorrichtungen“, erklärt Marc Gündel. Alle Geometrie-Vorrichtungen werden vor ihrem ersten Einsatz mit einem Lasertracker oder Messarm auf Maßhaltigkeit überprüft und wenn nötig direkt korrigiert. Im Anschluss wird eine Datenaufnahme mit der DPA Industrial gemacht. Dafür werden spezielle Adapter in die Referenzbohrungen eingesetzt und codierte Messmarken an die Vorrichtung geklebt. Alle relevanten Aufnahmepunkte werden mit uncodierten Marken signalisiert.
Mit den Daten, die bei der Messung mit dem DPA-System erzeugt werden, wird eine Art virtuelle Schablone erstellt. Wird bei einer bestimmten Vorrichtung ein Problem festgestellt, kann anhand eines Vergleichs mit dieser Schablone schnell festgestellt werden, ob sich die relevanten Aufnahmepunkte verändert haben und wie groß die Veränderung ist.
„Wir machen einfach ein paar Bilder mit der DPA Industrial und können schnell Aussage darüber treffen, ob die Vorrichtung i.O oder n.i.O ist“, sagt Marc Gündel. Eine schnelle Prüfung ist wichtig, da viele der 300 bis 400 Geometrie-vorrichtungen in Schutzkreise eingebunden sind, die für die Kontrolle unterbrochen werden müssen, was wiederum Stillstand in der Fertigung bedeutet. „Somit sind die Zeiten, die wir für die Überprüfung der Vorrichtungen nutzen können, relativ begrenzt. Während der normalen Arbeitszeiten sind das die Pausen. Mit der DPA Industrial benötigen wir lediglich 15 Minuten für die Prüfung - da reicht eine Mittagspause aus, um eine konkrete Aussage über eine Vorrichtung zu bekommen. Das verhindert für uns Wochenendarbeit. Das ist sozusagen eine Win-Win-Situation für Unternehmen und Mitarbeiter.“
Es ist nicht immer einfach, Messsysteme in der engen Umgebung der Fertigungshalle einzusetzen. Der Platz ist oft eng, und es kann schwierig sein, einen geeigneten Standplatz zu finden, weil die Kabelgänge im Weg sind und die Produktionsanlagen vibrieren. In dieser Hinsicht ist die völlige Bewegungsfreiheit, die die handgehaltene DPA Industrial hier bietet, ein großer Vorteil.
So funktioniert die digitale photogrammetrische Analyse
Im ersten Schritt wird das Bauteil mit Messmarken versehen. Für die Messung verdeckter Punkte oder Elemente, beispielsweise Bohrlöcher oder Kanten, werden entsprechende Messadapter eingesetzt.
Im Anschluss wird das Bauteil aus verschiedenen Richtungen mit einer handgehaltenen Kamera fotografiert. Dabei ist es wichtig, dass die Messmarken im Messfeld sind und es Überschneidungen zwischen einzelnen Aufnahmen gibt.
Mithilfe einer speziellen Photogrammetrie-Software werden die entstandenen Bilder entweder zeitgleich zur Datenerfassung (online) oder danach (offline) durch ein spezielles Photogrammetrie-Softwaretool wie DPA Pilot verarbeitet. Die Software berechnet automatisch die 3D-Koordinaten aller Zielpunkte. Die Berechnung basiert auf dem Prinzip der räumlichen Triangulation von Bildern und erfolgt vollautomatisch.
Für eine unterbrechungsfreie Fertigung
„Wir verwenden die DPA Industrial auch für die Überprüfung unserer Skids“, fügt Marc Gündel hinzu. Skids sind Teileträger, die dazu dienen, die einzelnen Bauteile in die Verarbeitungsstation zu bringen. Dafür werden die Bauteile von Robotern auf die Skids gelegt, die diese dann in die Fertigungsstraße fahren. Im VW-Werk Zwickau gibt es für jede Baugruppe sechs identische Skids – insgesamt sind es 180 Teileträger für alle dort produzierten Fahrzeugmodelle. „Wir müssen die Skids in genau der Position überprüfen, in der sie auch in der Produktionslinie stehen bleiben. Dafür haben wir einen speziellen Messtisch, auf dem wir die Skids schnell überprüfen können.“
Wie auch bei den Vorrichtungen werden die Skids vor dem ersten Einsatz photogrammetrisch erfasst. Aus der daraus resultierende Punktewolke wird eine virtuelle Schablone erstellt, die später zur schnellen Kontrolle verwendet wird.
Um die automatischen Produktionslinien am Laufen zu halten, müssen die Teileträger jederzeit verfügbar sein. „Wenn uns ein Problem mit einem Skid gemeldet wird, müssen wir sofort reagieren können“, erläutert Marc Gündel. „Passiert zum Beispiel ein Crash in der Anlage, kommt diese zum Stehen und wir haben einen Produktionsausfall. Zeit ist also ein kritischer Faktor. Mit der DPA können wir eine schnelle Überprüfung durchführen und in kürzester Zeit feststellen, welcher Schaden am Skid entstanden ist. Mit anderen Messsysteme dauert diese Prüfung drei bis vier Mal so lange.“
Referenzierung für Scanning
Wichtigster Einsatzbereich für die DPA Industrial bei VW Zwickau ist zurzeit die Nutzung als Add-on für einen handgehaltenen Scanner. Marc Gündel ist begeistert: „Das ist wirklich phänomenal. Wir signalisieren an der Karosse markante Ausrichtpunkte und Ausrichtbohrungen mit Messmarken, nehmen diese mit der DPA Industrial photogrammetrisch auf und exportiere die erfassten Punkte aus DPA Pilot. Diese Punkte importieren wir dann in die Scanner-Software. Nun können wir ohne Weiteres mit dem handgehaltenen Scanner ausgerichtet an der Karosserie scannen. Und das, obwohl wir die Karosse nicht fixieren können und diese nur auf einem losen Wagen steht.“
Die Tatsache, dass es gelungen ist, diese beiden unabhängigen Systeme – die DPA Industrial und den handgehaltenen Scanner – miteinander „sprechen“ zu lassen, erspart Gündels Team das zeitraubende Bekleben der Karosserie mit Messmarken. „Und das anschließende Entfernen der Messmarken“, fügt Marc Gündel hinzu.
Gegenüber dem zum handgehaltenen Scanner angebotenen Photogrammetriesystem hat die DPA Industrial einen entscheidenden Vorteile: „Die DPA Industrial kann auch codierte Messmarken und Adapter messen. Damit bieten uns die DPA viel mehr Möglichkeiten für spätere Anwendungen.“
Gündel and his team are still in the early stages of using the DPA Industrial at VW Zwickau: “We are still in the discovery phase as far as possible applications are concerned. We have built ourselves up over the last 20 years so that we can measure everything. Now we want to make sure that we become faster.”
Noch stehen Marc Gündel und sein Team bei der Nutzung der DPA Industrial am Anfang. „Wir befinden uns noch in der Findungsphase, was die Einsatzmöglichkeiten angeht. Wir haben uns in den letzten 20 Jahren so aufgebaut, dass wir alles messen können. Jetzt wollen wir dafür sorgen, dass wir schneller werden.“
Dafür haben er und sein Team sich intensiv mit dem Thema beschäftigt und versucht, weiterzudenken. „Wir wissen nun, wie es funktioniert und erschließen uns selbst neue Anwendungsgebiete. Die Möglichkeiten, die der DPA Pilot, den wir als PlugIn für den PolyWorks Inspector nutzen, mit den codierten Marken und benutzerdefinierbaren Messadaptern bietet, schafft Arbeiterleichterungen und macht die Messung noch effizienter.“
Neben dem Photogrammetriesystem setzen die Messtechniker bei VW Zwickau unter anderem auch auf Laser Tracker und mobile Messarme von Hexagon. „Manche Mitarbeiter von Hexagon kennen wir schon seit 20 Jahren“, bestätigt Marc Gündel, der mit der langjährigen Kooperation zufrieden ist. „Auch für uns ist es von Vorteil, eine solche Zusammenarbeit zu haben. Und ich möchte hier ganz bewusst von Zusammenarbeit sprechen, da wir bestimmte Produkte auch zusammen weiterentwickelt haben.“
Mit einer so gut etablierten und erfolgreichen Partnerschaft stehen Hexagon und Volkswagen eine noch fruchtbarere Zusammenarbeit bevor.
Figur 1.
Vor der Inspektion wird der Skid mit Maßstäben, Referenzkreuzen und
Messmarken signalisiert
Figur 2.
Nach der Signalisierung wird der Skid einfach mit der handgehaltenen
C1-Kamera aus verschiedenen Richtungen fotografiert
Figur 3.
Die C1-Kamera ist in ein robustes, industrietaugliches Gehäuse integriert,
das sich ideal für den Einsatz in der Fertigung oder im Freien eignet
Figur 4.
Die mit dem DPA Industrial erstellte Punktwolke wird als Referenz für
einen handgehaltenen Scanner verwendet
Figur 5.
Dank des integrierten Hochgeschwindigkeits-WiFi kann die Bildverarbeitung
in DPA Pilot sofort beginnen.
